Sem título-6 - Embrapa Meio

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ISSN 0104-866X
Documentos
59
ISSN 0104-866X
Dezembro/2001
Dezembro/2001
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
Centro de Pesquisa Agropecuária do Meio-Norte
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
Injetor Tipo Venturi para Aplicação
de Fertilizantes Via Água de Irrigação
Documentos 59
Injetor Tipo Venturi para
Aplicação de Fertilizantes Via
Água de Irrigação
Marcos Emanuel da Costa Veloso
Judivan Oliveira Paz
Valdemício Ferreira de Sousa
Teresina, PI
2001
Exemplares desta publicação podem ser adquiridos na:
Embrapa Meio-Norte
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Presidente: Antonio Boris Frota
Secretária: Dione Cavalcante Costa
Membros: Paulo Henrique Soares da Silva, Valdenir Queiroz Ribeiro, Expedito Aguiar
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Supervisor editorial: Lígia Maria Rolim Bandeira
Revisor de texto: Lígia Maria Rolim Bandeira
Normalização bibliográfica: Orlane da Silva Maia
Diagramação eletrônica: Erlândio Santos de Resende
1ª edição
1ª impressão (2001) 200 exemplares
Todos os direitos reservados.
A reprodução não autorizada desta publicação, no todo ou em parte,
constitui violação dos direitos autorais (Lei n° 9.610).
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP).
Embrapa Meio-Norte
Veloso, Marcos Emanuel da Costa
Injetor tipo venturi para aplicação de fertilizantes via água de irrigação/
Marcos Emanuel da Costa Veloso, Judivan Oliveira Paz, Valdemício Ferreira
de Sousa - Teresina: Embrapa Meio-Norte, 2001).
32p. - (Embrapa Meio-Norte. Documentos; 59).
1. Fertirrigação. 2. Irrigação localizada. 3. Água de irrigação. E. Manejo
de água I. Paz, Judivan Oliveira. II Sousa, Valdemício Ferreira de. III.
Embrapa Meio-Norte. IV Título. V. Série.
CDD: 636.28
 Embrapa 2001
Autores
Engenheiro Agrônomo, Mestre em Irrigação e
Drenagem, Embrapa Meio-Norte, Caixa Postal 01, CEP
64006-220. Teresina, PI
Endereço eletrônico:[email protected]
Engenheiro Agrônomo Especialista em Fruticultura
Irrigada, Prefeitura Municipal de Teresina/
Superintendência de Desenvolvimento Rural
Engenheiro Agrônomo, Doutor em Irrigação e
Drenagem, Embrapa Meio-Norte
Endereço eletrônico:[email protected]
Injetor Tipo Venturi para Aplicação de Fertilizantes Via Água de Irrigação
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RAMOS, M. M.; MANTOVANI, E. C. Sistema de irrigação e seus
componentes. In: COSTA, E. F. da; VIEIRA, R.F.; VIANA, P. A. Quimigação:
aplicação de produtos químicos e biológicos via irrigação. Brasília: EmbrapaSPI; Sete Lagoas: Embrapa-CNPMS, 1994 p. 41-48.
SOUSA, V. F. de; Sistemas e equipamentos para aplicação de fertilizantes.
Teresina: Embrapa Meio-Norte, 2001. p. 68-76. Apostila do I Curso de
Fertirrigação em fruteiras, realizado em nov. 2001, Teresina, PI. In: I Curso de
fertirrigação em fruteiras. Teresina, PI: Embrapa Meio-Norte, 2001. p.68–76.
Apostila.
33
32
FEITOSA FILHO, J. C. Otimização hidráulica e manejo de injetores tipo venturi
duplo para fins de quimigação. Piracicaba, SP: ESALQ, 1998. 164 p.
Dissertação (Doutorado em Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz,
Piracicaba.
FEITOSA FILHO, J. C. , BOTTREL, T. A ; PINTO, J. M
Instalação de injetores tipo venturi duplo como forma de ampliar seu limite
operacional e uso na quimigação em condições de média e alta pressão. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 27, l998, Poços de
Caldas, MG. Anais... Poços de Caldas: Sociedade Brasileira de Engenharia
Agrícola, 1998. v.1 p. 4-6.
FERREIRA J.0. P. Caracterização hidráulica de dois injetores de fertilizantes do
tipo venturi, 1993. 76f. Dissertação (Mestrado em Escola Superior de
Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba).
FERREIRA, J. O. P.; FRIZZONE, J. A.; BOTREL, T. A. Desempenho de um
injetor de fertilizantes do tipo venturi para fins de fertirrigação. Revista
Scientia Agrícola. Piracicaba, v.53, n.1, p. 105-113. 1996.
Apresentação
A aplicação de produtos químicos via água de irrigação (quimigação)
vem tornando-se quase rotina nas áreas irrigadas, especialmente, com a
Fruticultura Tropical na região Nordeste. Quando esses produtos químicos são
os fertilizantes, a prática é denominada de fertirrigação . O injetor de fluido
tipo Venturi é um dos equipamentos mais utilizados na fertirrigação. Esse
equipamento apresenta boa eficiência na injeção de produtos químicos via
água de irrigação, baixo custo de aquisição, fácil operacionalização,
construção simples, sem peças móveis e geralmente dispensa energia externa
ao sistema. O sucesso do seu uso depende de vários fatores, podendo-se
destacar a uniformidade de injeção dos produtos químicos, os quais devem ser
avaliados e calibrados antes de serem usados.
FRIZONE, J. A. , BOTREL, T. A.; DOURADO NETO, D. Aplicação de
fertilizantes via água de irrigação. Série Didática, 8) Piracicaba, ESALQ. 1994.
p.35.
LOPEZ, M. T. Cabezal de riego. In: LOPEZ, C . C. Fertirrigation: cultivos
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Maria Pinheiro Fernandes Corrêa
Chefe-Geral da Embrapa Meio-Norte
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produtos químicos e do sistema de irrigação. Ambos devem ser avaliados e
calibrados antes de serem usados;
A pressão de serviço e a velocidade da água na tubulação pode afetar a
uniformidade de distribuição do produto químico;
A eficiência do Venturi está diretamente condicionada ao dimensionamento
adequado do sistema de irrigação, aos fertilizantes mais solúveis e ao tempo
de aplicação em relação a taxa de injeção;
A utilização do injetor tipo Venturi duplo amplia o limite operacional do
sistema.
Referências Bibliográficas
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BURT, C.; O’ CONNOR, K.; RUEHR, T. Fertigation. Califôrnia: California
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produtos químicos e biológicos na irrigação pressurizada. In: COSTA, E. F. da;
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DENÍCULI, W. Medidores de vazão do tipo orifício. Viçosa, UFV, 1985. 43 p.
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FEITOSA FILHO, J. C. Uniformidade de distribuição de fertilizantes via água de
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1990, 77f. Dissertação (Mestrado em ...) Universidade Federal de Viçosa,
Viçosa.
FEITOSA FILHO, J. C.; BOTREL, T. A; PINTO, J. M. Influência das formas de
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Actas de Horticultura, v.1, n.19, p. 443-449, 1997. (Edição de Anais do
Congresso Iberico de Fertirrigacion, 3. Congresso Nacional de Fertirrigation,
1997, Murcia)
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Comportamento do Injetor Tipo Venturi Duplo
Feitosa Filho (1998) e Feitosa Filho et al. (1998) avaliaram a instalação de
injetores tipo Venturi duplo como forma de ampliar seu limite operacional e
uso na quimigação em condições de média e alta pressão. Utilizou-se injetor
confeccionado com conexões hidráulicas tipo T em PVC. As pressões de
serviço variaram de 147,09 kPa até 686,42 kPa, com incremento de 49,03
kPa. Concluíram que a instalação que utiliza duplo injetores permite ampliar o
limite operacional dos injetores, principalmente nas pressões de serviço e nos
diferenciais de pressão mais elevados. As dimensões do injetor secundário e
os diferenciais de pressão no sistema com duplo injetores apresentaram
influência significante no desempenho do sistema.
Recomendações
Sumário
Lista de Símbolos ..................................................
Lista de Figuras ....................................................
Injetor Tipo Venturi para Aplicação de Fertilizantes
Via Água de Irrigação.............................................
Introdução ...........................................................
Fertirrigação .........................................................
Métodos de Injeção de Fertilizantes ..........................
Recomenda-se iniciar a fertirrigação após ¼ do tempo de funcionamento do
sistema de irrigação, deixando-se ligado o injetor de fertilizante tipo Venturi
durante a metade do tempo programado para a irrigação. Em seguida, desligase o Venturi e deixa o sistema funcionando até o término da irrigação, para
lavá-lo;
Iniciar e terminar a injeção de produtos químicos com a tubulação de irrigação
completamente cheia de água;
Instalar o Venturi paralelo a linha principal, visando reduzir as perdas de carga;
O pH e a condutividade elétrica da solução dos fertilizantes e a água na saída
dos emissores devem ser monitorados;
Injetor tipo Venturi ................................................
Princípio de Funcionamento do Injetor Tipo Venturi ....
Condições Requeridas para o Funcionamento
do Venturi ...........................................................
Rendimento dos Injetores .......................................
Instalação do Injetor Tipo Venturi ............................
Calibração do Injetor Tipo Venturi ............................
Considerações Gerais
Os injetores de fertilizantes, preferencialmente o Venturi, devem ser parte
integrante do cabeçal de controle dos sistemas de irrigação localizada, por
serem de boa eficiência, de baixo custo, de fácil operacionalização, de construção simples, sem peças móveis e por dispensarem, geralmente, energia
externa ao sistema;
Fertilizantes nas tubulações (linha principal, de derivação e lateral) contribuem
para a proliferação de microorganismos (algas e fungos), podendo provocar
entupimento dos emissores e corrosão nas peças metálicas do sistema de
irrigação;
O resultado do uso do Venturi depende da uniformidade da injeção dos
Uniformidade dos Injetores de Fertilizantes Utilizando
Injetor Tipo Venturi ...............................................
Hidráulica do Injetor Tipo Venturi Simples .................
Comportamento do Injetor Tipo Venturi Duplo ...........
Recomendações....................................................
Considerações Gerais.............................................
Referências Bibliográficas .......................................
29
(modelo Mazzei 584) possuía 15 cm de comprimento, 11,6 mm de diâmetro
interno e 4,5 mm de diâmetro interno no corpo cilíndrico. Foram testados no
injetor 1 as pressões de alimentação de 10, 15, 20, 25 e 30 mca e seus respectivos
diferenciais de pressão: (2, 3 e 4), (4, 5 e 6), (4, 5 e 6), (6 e 7) e (7 e 8) mca.
No injetor 2 testaram as pressões de alimentação de 10, 15, 20, 25 e 30 mca,
com os respectivos diferenciais de pressão: (4 e 5), (5 e 6), (6 e 7), (7) e (8 e 9)
mca. Ao final dos treze ensaios com o injetor 1 e nove com o injetor 2 concluiu:
a) para ambos os injetores, a vazão de sucção aumentou com o aumento do
diferencial de pressão, sendo constante a pressão de alimentação; b) a vazão de
sucção diminuiu com o acréscimo da pressão de alimentação, mantendo-se
constante o diferencial de pressão; c) a vazão de sucção aumentou com a elevação
da pressão relativa de sucção para todos os casos estudados; d) para o injetor 1,
o rendimento aumentou com o acréscimo do diferencial de pressão somente
para a pressão de alimentação de 20 mca; e) para o injetor 2, o rendimento
cresce com o aumento do diferencial de pressão somente para a pressão de
alimentação de 15 mca; f) ambos os injetores a vazão de sucção depende tanto
da pressão de alimentação como diferencial de pressão; (g) para o injetor 1, a
menor perda de carga (20%) com maior vazão ocorreu para a pressão de
alimentação de 10 mca e diferencial de pressão de 2 mca e para o injetor 2, a
menor perda de carga foi de 26,67%, para pressão de alimentação de 30 mca e
diferencial de pressão de 8 mca.
Ferreira et al. (1996) estudaram o desempenho de um injetor de fertilizantes
do tipo Venturi para fins de fertirrigação, modelo 1078, fabricado de
polietileno, com 220 mm de comprimento, 19,6 mm de diâmetro interno nas
seções de entrada e saída e 7,6 mm de diâmetro na seção contraída
(garganta). Utilizaram as pressões de alimentação de 10, 15, 20, 25 e 30 mca
e os respectivos diferenciais de pressão de 2, 3 e 4; 4, 5 e 6; 4, 5 e 6; 6 e 7;
7 e 8 mca. Avaliaram as relações entre tensão e vazão de sucção e o
rendimento do injetor. Concluíram que a) a vazão de sucção aumentou com o
aumento do diferencial de pressão, para pressão de alimentação constante; b)
a vazão de sucção diminuiu com o aumento da pressão de alimentação, ao se
manter constante o diferencial de pressão; c) a vazão de sucção diminuiu com
o aumento da tensão, para todas as pressões de alimentação estudadas; d) o
rendimento do injetor aumentou com a redução na tensão de sucção, em
todos os diferenciais de pressão, atingindo o valor máximo de 16,28% na
pressão de alimentação de 10 mca, diferencial de pressão de 2 mca e tensão
de sucção de 1,43 mca; e) a maior vazão de sucção, 181,90 L.h-1, ocorreu
para pressão de alimentação diferencial de pressão de 6 mca e tensão de
sucção de 2,79 mca, rendimento do injetor de 11,83%.
28
de fertirrigação; c) o injetor tipo Venturi permite boa uniformidade de distribuição
do fertilizante aplicado via água de irrigação, com os valores do índice proposto
por Christiansen, superior a 94%; d) considerando a boa uniformidade de
distribuição de fertilizante na água de irrigação, condicionada pelo injetor tipo
Venturi, seu baixo custo e fácil manuseio, esse equipamento pode ser
recomendado e utilizado com êxito, na fertirrigação, provavelmente, na aplicação
de outros produtos químicos e na irrigação por microaspersão.
Denículi et al. (1992) avaliaram o desempenho de um injetor de fertilizantes
Venturi na fertirrigação por microaspersão. A unidade de irrigação constituiuse de cabeçal de controle, um injetor de fertilizante tipo Venturi e três linhas
laterais de polietileno, com diâmetro nominal de ¾”. Foram colocados em
cada linha lateral 21 microaspersores Dantas MA-120, com pressão no início
das linhas de 15 mca (147,09 kPa) e vazão média, por microaspersores de
88,73 L.h-1, espaçados de três metros. Os testes foram feitos para tempo de
fetirrigação de 60 minutos, com três repetições. Os tempos de coletas das
amostras foram de 2, 4, 6 , 8, 10, 15, 25, 35 e 60 minutos e concluíram; a)
a distribuição de potássio pode ser representada por um modelo linear, com
valor de inclinação de, aproximadamente 0,5 %, o que demonstra pouca
influência da distância do microaspersor ao local de injeção nas massas de
fertilizantes, distribuídas ao longo das linhas laterais; b) a partir do tempo de
fertirrigação de oito minutos, já houve uniformidade entre os teores de
potássio, ao longo das linhas laterais, podendo esse tempo servir de
parâmetro para o planejamento da fertirrigação; c) o tempo de 60 minutos
mostrou-se adequado para fertirrigação; e d) considerando seu bom
desempenho, baixo custo e fácil manuseio, o injetor Venturi pode ser
utilizado, com êxito, na fertirrigação por microaspersor e na aplicação de
outros produtos químicos solúveis em água.
Hidráulica do Injetor Tipo Venturi Simples
Kaufmann (1963), citados por Feitosa Filho (1998), avaliaram o desempenho
hidráulico de um injetor de fertilizante tipo Venturi, instalado na rede de
irrigação. Verificaram que o Tubo Venturi apresentou bom desempenho nos
testes realizados, e recomendaram a sua utilização em sistema de
fertirrigação, mesmo quando utilizados na linha principal de irrigação. Porém,
ao projetá-lo, deve-se estar atento a pressão de serviço da rede à jusante do
mesmo, fator este que irá refletir em sua capacidade de gerar vácuo e,
conseqüentemente, aspirar solução de fertilizante para a linha de irrigação.
Lista de Símbolos
g - peso específico do fluído: Nm-3;
Dh – diferencial de pressão entre pontos no injetor tipo Venturi, Pa;
A – área de secção a montante do injetor, m2;
2
A – área da secção a jusante de injetor, m2;
3
g – aceleração da gravidade local, ms-2;
H – energia de pressão por unidade de peso na entrada do injetor, mca;
1
H – energia de pressão por unidade de peso na câmara de mistura, mca;
2
H – energia de pressão por unidade de peso na tubulação pós-injetor, mca;
3
hf – perdas de carga localizada, Pa;
K – coeficiente de descarga;
P – pressão em um ponto a montante do injetor simples, Pa;
1
P – sucção na câmara de mistura do injetor simples, Pa;
2
P – pressão na tubulação pós-injetor simples, Pa;
3
P – pressão de serviço na entrada do injetor, Pa;
e
P – pressão de serviço na saída do injetor, Pa;
s
Pt – pressão no ponto instalado a montante do sistema, Pa;Pt – pressão na
1
2
tubulação de sucção do injetor secundário no sistema em injetor duplo, Pa;
Pt – pressão ao ponto instalado a jusante do injetor secundário no sistema
3
em injetor duplo, Pa;
Pt – pressão no ponto instalado a jusante do injetor principal no sistema em
4
injetor duplo, Pa;
Q – vazão motriz do fluído na tubulação a montante do injetor, m3.s-1;
1
Q – vazão do fluído na tubulação de sucção, m3 .s-1;
2
Q – vazão do fluído na tubulação a jusante do injetor, m3. s-1;
3
V – velocidade do fluído na secção a montante do injetor, m.s-1;
1
V – velocidade do fluído na tubulação de sucção, m.s-1;
Ferreira (1993) avaliou as características hidráulicas de dois injetores de fertilizantes
do tipo Venturi, confeccionados de polietileno com formato em (“T”). O injetor
1 (modelo Mazzei 1078) possuía 22 cm de comprimento, 19,6 mm de diâmetro
interno e 7,6 mm de diâmetro interno no corpo cilíndrico (garganta); o injetor 2
2
V – velocidade do fluído na tubulação a jusante do injetor, m.s-1.
3
27
Uniformidade de Distribuição de Fertilizantes
Utilizando Injetores Tipo Venturi
A uniformidade de distribuição de fertilizantes na água de irrigação, injetado
por tubo Venturi, depende da própria uniformidade de distribuição de água
pelo sistema de irrigação. Portanto, quanto mais uniforme for o sistema, mais
eficiente será a quimigação. Para obter-se boa uniformidade, é recomendado
iniciar e terminar a injeção com a tubulação de irrigação completamente cheia
de água. A pressão de serviço e a velocidade da água na tubulação podem
afetar a uniformidade de distribuição do produto aplicado (Costa et al., 1994).
A baixa uniformidade na distribuição das soluções aplicadas na fertirrigação
ocorre quando: a) o dimensionamento do sistema de irrigação for inadequado;
b) ocorrer variação da taxa de injeção com o tempo de aplicação; c) a mistura
da solução no tanque ou reservatório for inadequado; e d) a velocidade da
solução nas linhas laterais for baixa.
Segundo Pizarro (1987), os procedimentos básicos para melhorar a uniformidade de distribuição das soluções na fertirrigação são: a) condicionar mistura
permanente da solução no tanque; b) instalar mais de um equipamento injetor
em unidades distintas; c) usar fertilizantes mais solúveis; e d) usar sistema de
irrigação que permita uma melhor uniformidade de distribuição de água.
Feitosa Filho (1990) avaliou a uniformidade de distribuição de fertilizantes via
água de irrigação por microaspersão, com injetores do tipo Venturi, analisando
a uniformidade de distribuição espacial e temporal de fertilizantes, nas linhas
laterais e na unidade de irrigação. Foram utilizados 21 microaspersores Dantas
Ma-120, com pressão de serviço no início das linhas de 147,1 kPa (15 mca)
aproximadamente, e vazão média por microaspersores de 88,73 L.h-1. O cabeçal
de controle consistiu em um filtro de tela, um medidor de vazão tipo Venturi, um
manômetro diferencial em “U” e dois injetores de fertilizantes (tipo Venturi e
tanque de derivação). A pressão no início das linhas laterais foi mantida em
torno de 147,1 kPa (15 mca). Para a determinação da uniformidade de
distribuição de fertilizantes em água de irrigação, utilizou-se o íon potássio. Cada
teste constituiu-se de dez tempos distintos. Foram coletadas cinco amostras de
cada ponto. Os testes foram feitos para tempo de fertirrigação de 60 minutos,
coletando-se amostras nos tempos de 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 35 e 60
minutos. Adotou-se a concentração do cloreto de potássio de 70 ppm, seguindo
as recomendações de Keller & Karmeli (1975), de que o teor de fertilizante na
água de irrigação deve estar entre 4 e 100 ppm. Após a análise dos resultados,
concluiu-se que: a) a distribuição do íon potássio ao longo da linha lateral, com o
injetor tipo Venturi, pode ser representada por um modelo linear, com o valor da
inclinação bem próximo de zero; b) o injetor de tipo Venturi a partir de 4,0
minutos, apresentou uniformidade nos valores de potássio aplicados ao longo
das linhas laterais, podendo esse tempo servir de parâmetro para planejamento
26
Instalação do Injetor Tipo Venturi
A instalação do injetor tipo Venturi depende das condições hidráulicas
existentes, em função da pressão de serviço, da vazão motriz, do diferencial
de pressão, acoplamento do equipamento em relação à tubulação principal do
sistema de irrigação e das próprias dimensões do injetor. Existem três formas
de instalação do venturi: a) instalação do injetor diretamente na linha de
abastecimento; b) instalação do injetor em paralelo; c) instalação do injetor por
meio de uma derivação tipo “by pass’ (Costa et al., 1994; Burt et al., 1998).
Lista de Figuras
Fig. 1 – Esquema do injetor tipo Venturi simples
Fig. 2 – Esquema do injetor tipo Venturi com câmara de mistura
Calibração do Injetor Tipo Venturi
Fig. 3 – Esquema do injetor tipo Venturi duplo
Fig. 4 – Esquema do princípio de funcionamento do injetor tipo Venturi
A injeção de produtos químicos é, geralmente, função das características
dos produtos, do tamanho do Venturi e dos sistemas de irrigação. Por isso, se
faz necessário o monitoramento do sistema de injeção em intervalos regulares
ou no começo de cada ope-ração. A calibração do injetor Venturi geralmente
segue as recomendações do fabricante.
O Venturi quando instalado na linha principal é de difícil regulagem, porque a
taxa de injeção é muito sensível à variação de pressão e vazão no sistema.
Para evitar esse problema instala-se o Venturi em um “by-pass” na linha de
irrigação, além de reduzir as perdas de cargas e facilitar a injeção (Costa et al.,
1994).
A calibração dos equipamentos é de fundamental importância, por relacionarse com a segurança do homem, economicidade e com a preservação do meio
ambiente. O processo de calibração deve-se iniciar com a checagem do
coeficiente de uniformidade do sistema de irrigação. Em seguida, faz-se a
calibração dos equipamentos de injeção dos produtos químicos e do sistema
de irrigação.
A calibração, em laboratório, é relativamente simples e direta, necessitando-se,
portanto, de um recipiente graduado, com capacidade, geralmente, de até 20
litros, um hidrômetro e um cronômetro. A calibração consiste em determinar
a vazão derivada. Em seguida, faz-se a calibração, isto é, a vazão derivada é
ajustada à taxa de aplicação do produto determinada antecipadamente.
Por exemplo, deseja-se aplicar uma solução de fertilizante a uma taxa de 20
litros em 10 minutos. Com o sistema em funcionamento e o tanque em água,
mede-se o tempo gasto para passar os 20 litros pelo hidrômetro. Caso o
tempo seja menor que os 10 minutos, fecha-se um pouco o registro. Se
maior, abre-se um pouco mais. Repete-se esse procedimento até obter a taxa
desejada de 20 litros em 10 minutos. Na ausência de um hidrômetro, pode-se
utilizar o cilindro graduado, coletando-se a vazão derivada em um tempo
preestabelecido, ou determinando o tempo de uma vazão preestabelecida
(Moreira & Stone, 1994).
Fig. 5 – Condições requeridas para haver a sucção pelo injetor tipo Venturi
25
O injetor tipo Venturi, segundo Lopez et al. (1992), causa um rápido aumento
na velocidade da água, o que origina uma sucção da solução fertilizante para o
interior da tubulação. O fluxo de fertilizante injetado na rede estará em
relação direta à pressão da água na entrada do mecanismo, com uma pressão
mínima de 1,5 bar. A vazão varia com os modelos, sendo mais usados entre
50 e 2.000 L h-1. A vazão mínima que deve passar através desse
equipamento, depende de sua capacidade e varia de 1 m3 h-1 para os modelos
de 1” a mais de 20 m3 h-1, para alguns de 2”, de alta capacidade de sucção.
As perdas de cargas são de 10 a 30% da pressão da tubulação onde for
instalado. Alguns modelos produzem perda de carga entre 30 a 50%.
Na seleção de equipamento tipo venturi, é importante considerar os modelos
com suas respectivas eficiências, capacidade de injeção e vazão de operação.
Existem venturis que apresentam diversas capacidades de injeção de fertilizantes na linha de irrigação. Suas características quanto à eficiência, vazão
mínima de funcionamento e capacidade de injeção são definidas durante o
processo de fabricação e variam, normalmente, em função do modelo ou
número do venturi (Tabela 1) (Burt et al., 1998).
Tabela 1. Características técnicas do Venturi quanto a eficiência, vazão
mínima de funcionamento e capacidade de injeção.
Modelo
Eficiência(1)
(%)
Capacidade de
injeção (L h-1)
1
26
20
4
18
57
8
18
600
12
50
117
16
67
3767
(1) DP requerida para iniciar a sucção ou mínima diferença de pressão para criar vácuo.
24
Analisando-se os termos da equação. (16), percebe-se que para haver a
sucção da solução na tubulação, ao invés da forma de igualdade, essa
equação deverá ser expressa como uma desigualdade, ou seja:
2
A
Injetor Tipo Venturi para
Aplicação de Fertilizantes
Via Água de Irrigação
3
h <h
2
-h
3
(17)
1
A
2
ou
A
3
A
2
>
√
h +h
2
(18)
1
Introdução
h
3
Essas foram as deduções e considerações estabelecidas por Kaufmann
(1963), citado por Feitosa Filho (1998), utilizadas para expressar o princípio
de funcionamento do injetor tipo Venturi.
Rendimento dos Injetores
Os rendimentos dos injetores tipo Venturi são a relação entre a energia útil do
líquido na entrada do Venturi e a quantidade de energia transferida ao fluido
motriz no processo de sucção.
O rendimento do injetor tipo Venturi, segundo Ferreira et al. (1996) pode ser
expressa teoricamente por:
Q (H –H )
2
3
2
A população mundial duplicou nos últimos 60 anos, totalizando mais de seis
bilhões de habitantes com uma crescente demanda por alimento e por outros
bens de consumo. Isso fez com que o homem passasse a explorar novas
áreas e a buscar um constante aumento de produtividade, qualidade dos
alimentos e redução dos custos de produção, utilizando, especialmente, a
agricultura irrigada de forma racional.
A área irrigada do mundo é 267,7 milhões, representando 17,7% da sua área
cultivada, 1,5 bilhões de hectares, correspondendo a 40% do total da colheita
agrícola, no ano de 1997. Dessa área irrigada, somente os Estados Unidos da
América irrigam cerca de 30 milhões de hectares. No Brasil, a área irrigada e
cultivada no ano de 1998 foi 2,7 e 47,9 milhões de hectares, respectivamente, representando apenas 5,8%, da sua área total cultivada. Estima-se que o
Brasil tem potencial para irrigar de 30 a 50 milhões de hectares. A região
Nordeste possui a terceira maior área irrigada do Brasil (512,8 mil), atrás
apenas da região Sul (1,2 milhão) e Sudeste (991,0 mil) (Chistofidis, 2001).
N=
Q (H – H )
1
1
3
onde:
N – rendimento (%);
Q – vazão motriz ou vazão de alimentação, m3.s-1;
1
Nos últimos anos, houve uma rápida expansão da agricultura irrigada na região
Nordeste, com utilização de alto nível de tecnologia. O início do sucesso dessa
atividade ocorreu notadamente no submédio é no baixo São Francisco,
especialmente nos municípios de Petrolina, PE e Juazeiro, BA, sendo atualmente seguidas por inúmeros pólos existentes de irrigação em todos os
Estados nordestinos.
Q – vazão sucção do Venturi, m3.s-1;
2
H – Energia de pressão por unidade de peso na entrada do injetor, mca;
1
H – Energia de pressão por unidade de peso na câmara de mistura, mca;
2
H – Energia de pressão por unidade de peso na tubulação pós injetor, mca.
3
O desenvolvimento sustentado da agricultura irrigada, na região Nordeste,
passa impreterivelmente pela elaboração e execução de projetos adequados de
irrigação, drenagem e seus respectivos manejos das culturas irrigadas, a fim
de propiciar a umidade necessária ao pleno desenvolvimento das culturas.
14
Dentre os métodos de irrigação que podem ser utilizados e escolhidos devem
prevalecer aqueles de melhor viabilidade técnico-econômica e que propiciem
benefícios sociais advindos do seu uso, buscando uma eficiência cada vez
maior dos recursos hídricos e uma gestão adequada dos efluentes agrícolas,
para não contaminar o meio ambiente (Ramos & Mantovani, 1994). Nas áreas
implantadas atualmente com agricultura irrigada, na região Nordeste, destacase a irrigação localizada em fruteiras tropicais, predominando o sistema de
irrigação por microaspersão.
A irrigação localizada caracteriza-se por aplicar água ao solo, diretamente
sobre a região radicular, em pequena intensidade, porém com alta freqüência,
mantendo o solo próximo da capacidade de campo. As principais desvantagens ou limitações estão relacionadas com o seu custo de aquisição e entupimento dos emissores. O uso e manejo de injetores químicos na estação de
controle para se fazer fertirrigação é praticamente obrigatório, uma vez que
aumenta a eficiência de uso do fertilizante, reduz mão-de-obra, além de
flexibilizar a época de aplicação, contribuindo para o aumento da produtividade
e diminuição dos riscos de contaminações ambientais.
Se uma ou as duas condições forem verdadeiras, o fluido motriz que passa
pela secção contraída do injetor tipo Venturi (2) não sairá por essa tubulação,
porque há na secção estrangulada do injetor uma sucção, pressão negativa
ou tensão. Por esse fenômeno, pode-se adicionar solução e/ou ar ao interior
de uma tubulação, permitindo-se fazer a quimigação.
A solução ao alcançar o interior da câmara de mistura do injetor é incorporada
automaticamente ao fluido motriz. Para ocorrer a sucção da solução na
tubulação vertical do injetor é necessário que:
hY
2
< (P – P )
sol
1
(14)
2
em que,
h – altura a ser elevada a solução do nível do reservatório até a câmara
2
A fertirrigação é parte integrante da irrigação localizada. É um dos métodos
mais eficientes e econômicos de aplicar fertilizantes às plantas. A injeção dos
fertilizantes pode ser feita por diversos métodos e equipamentos, dentre
esses, pode-se destacar o método de transformação de energia, cujo equipamento utilizado é o injetor tipo Venturi (Bernardo, 1995; Sousa et al., 2001).
São poucas as informações técnicas e científicas sobre o injetor de fertilizante
tipo venturi: dosagem, tempo de aplicação e distribuição do fertilizante através
da água de irrigação e divulgação das suas vantagens e da fertirrigação junto
aos irrigantes, onde ainda não é utilizada de forma expressiva.
O objetivo deste trabalho consiste em disponibilizar informações tecnológicas
e científicas sobre manejo do injetor tipo Venturi, para sua viabilização,
fornecendo mais subsídios para os irrigantes, visando melhor utilização desses
aparelhos como injetor de fertilizante nos sistemas de irrigação localizada.
de mistura do injetor, m:
Y
- peso específico da solução, igf m-3.
sol
Substituíndo-se o termo (P – P ) da equação (14) na equação (11):
1
h Y
2
2
A
sol
2
3
= h
-h
3
(15)
1
Y
A
2
Considerando-se o peso específico da solução succionada igual ao peso
específico do fluido motriz. Então, os termos g
e g da eq. (15) serão
sol
simplificados, resumindo-se em apenas:
Fertirrigação
O conhecimento da fertilidade do solo e seu potencial produtivo, segundo
Padilha (1998), constitui a base essencial para o início do desenvolvimento e
alcance do êxito desejado de uma empresa agrícola, eficiente e competitiva.
Muitos irrigantes têm utilizado o sistema de irrigação para aplicar produtos
químicos via água de irrigação (quimigação). Quando esses produtos são os
fertilizantes, dá-se o nome de fertirrigação (Ferreira et al., 1996). Essa prática
vem tornando-se quase rotineira por muitos produtores.
23
A
2
3
h = h
2
-h
3
(16)
1
A
2
22
Substituindo-se os valores de V da equação (6) e V da equação (7) na
1
2
equação (5), obtém-se:
A2 V2
P - P
1
2
3
1
1
3
=
-
- h
(8)
1
y
A2
2g
A2
2
1
Considerando a área A da equação (8) muito pequena em relação à área A o
2
1,
desta equação foi desprezado. A equação (8) passou a ser
termo A2
1
expressa:
A2 V2
P –P
1
2
3
1
3
=
(9)
-h
Y
1
2
2g
A
2
A velocidade do fluido (V ), no ponto de descarga do bocal, pode ser
3
determinada utilizando a equação (3):
V = √ 2gh
3
(10)
3
Substituindo o valor da velocidade V , equação. (10), na equação (9), foi
3
obtida a equação:
P –P
1
3
=h
-
h
3
(11)
1
Y
A
2
O lado direito da equação (11), para que eles obtivessem valores positivos
seria necessário que:
3
h <h
3
A
(12)
2
e
P < P
2
(13)
1
Segundo Keller (1984), a fertirrigação pode ser dividida em três intervalos.
Durante o primeiro intervalo, o sistema de irrigação opera normalmente,
irrigando a cultura e o solo. No segundo intervalo, os fertilizantes são
injetados e distribuídos em um tempo raramente inferior a 30 minutos,
preferencialmente entre 1 e 2 horas. O último intervalo deve ser mais longo,
para permitir a lavagem completa das folhagens e de todo o sistema de
irrigação. O uso inadequado da fertirrigação pode provocar entupimento dos
emissores, devido a proliferação de algas, fungos e bactérias. Esses
entupimentos contribuem para a redução da uniformidade da aplicação e má
distribuição dos produtos químicos aplicados via água de irrigação. A
fertirrigação também provoca corrosão nos componentes dos sistemas
localizados. Para evitar esse problema recomenda-se lavar o sistema com a
passagem de água por, pelo menos 30 minutos (Ramos & Mantovani, 1994);
Entretanto, Lopez (1998) sugere que a fertirrigação deve terminar 15 minutos
antes de desligar o sistema de irrigação, objetivando lavar os produtos
químicos e evitar suas precipitações.
A fertirrigação vem contribuindo, cada vez mais, para minimizar os custos com
a irrigação e melhorar a eficiência dos produtos aplicados. O injetor tipo
Venturi é um dos mais utilizados, em função do seu baixo custo e fácil
operacionalização, embora receba críticas quanto ao baixo rendimento, às
altas perdas de carga e por requerer um limite operacional para um bom
funcionamento (Feitosa Filho et al., 1998).
Quando se trabalha com esse injetor, a solução contendo o produto químico a
ser aplicado é preparado e mantido em um reservatório aberto, de onde é
succionada e incorporada ao fluido motriz que passa por ele. A partir daí, a
mistura é conduzida e distribuída no solo ou sobre as culturas irrigadas.
Métodos de Injeção de Fertilizantes
2
A
1
Os fertilizantes nítricos, potássicos e a maioria dos micronutrientes, têm pouca
limitação quanto ao uso através da fertirrigação. Já os fertilizantes fosfatados,
em água com pH elevado e com altos teores em carbonatos e bicarbonatos,
podem precipitar, contribuindo para o entupimento dos emissores (Bernardo,
1995).
2
A
2
15
Howell et al. (1980), citado por Feitosa Filho (1990), classificaram os
métodos de injeção de fertilizantes em água de irrigação em três grupos: a)
método que opera sob condições de pressão efetiva positiva, (bomba injetora
e injeção por gravidade); b) método que opera sob condições de pressão
efetiva negativa, (sucção pela própria bomba de irrigação e injetor tipo
Venturi); c) método que utiliza diferença de pressão, (injetor do tipo Pitot e
tanque de derivação).
16
De acordo com Costa et al. (1994), os métodos de injeção de produtos
químicos via água de irrigação foram classificados em cinco grupos: a)
turbobombas (bombas hidrodinâmicas); b) bombas volumétricas (bombas de
deslocamento positivo); c) método diferencial de pressão; d) transformação de
energia (Venturi) e) métodos combinados ou composto.
Lopez (1998) destaca os equipamentos de injeções em: a) Venturi, b) tanque
de fertilizantes, c) bomba de injeção, acionada elétrica ou hidraulicamente. O
injetor de fertilizante deve ser escolhido em função da necessidade de
adubação, tipo e quantidade de energia, necessidade de automatização e
vazão de injeção necessária.
Injetor Tipo Venturi
Diversos equipamentos são utilizados na injeção de fertilizantes e outros
produtos químicos na água de irrigação, os quais diferenciam quanto à fonte
de energia, funcionamento, eficiência e preço. Dentre esses equipamentos
destaca-se o injetor tipo Venturi, por ser de construção simples, sem peças
móveis, não necessitando de uma fonte de energia especial e, principalmente,
de custo relativamente baixo. Quando se trabalha com condições definidas de
pressão e vazão, obtem-se uma proporção de diluição constante (Frizone et al.,
1994).
Os injetores de soluções tipo Venturi, segundo Trokolanski (1977), citado por
Feitosa Filho (1998) funcionam como uma bomba a jato (Jet Pumps), sendo
classificados em dois grupos: (a) ejetores – equipamentos que succionam um
fluido (líquido, gás ou vapor), sob ação de uma pressão e recalca-o para um
outro local sujeito a ação da pressão atmosférica ou ligeiramente superior a
ela; e (b) injetores – equipamentos que succionam o fluido sempre para locais
em condições de pressão superior à pressão atmosférica. A segunda definição
parece mais adequada.
O injetor tipo Venturi utilizado na quimigação é um dispositivo, metálico ou de
PVC, encontrado no mercado com diferentes formatos e dimensões. Possui
uma secção convergente gradual, seguida de um estrangulamento (garganta) e
de uma secção divergente gradual. As Figuras 1, 2 e 3 apresentam um
esquema ilustrativo de injetor tipo Venturi: simples, duplo e de câmara de
mistura (Feitosa Filho, 1990).
Utilizaram-se três equações básicas: a equação de Bernoulli (1), a Equação da
Continuidade (2) e a Equação que mede a velocidade de um fluido num bocal
(3):
A V =A V =A V =.....................=A V
1
1
2
2
3
3
n
(2)
n
V=KÖ2g D h
(3)
O ponto de descarga (3) possui uma área A e uma altura h3, que está abaixo
3
do nível da água do reservatório de abastecimento (1).
Desprezou-se a influência das vazões succionadas pelo injetor junto ao fluido
motriz, que passa pela secção estrangulada ou na câmara de mistura.
Aplicando-se a Equação de Bernoulli entre os pontos (1) definidos na
superfície do primeiro reservatório e o ponto (2), incluso na secção
estrangulada do injetor, tem-se:
V2
P
1
2
+
+ h
= Z +
1
Y
V2
P
1
2
+
(4)
2
2g
g
2g
ou
V2 - V2
- P
P
1
2
2
1
=
- h
(5)
1
Y
2g
Utilizando-se a Equação da Continuidade (2) em relação aos pontos (1) e (3) e
entre os pontos (2) e (3), respectivamente, obtendo-se:
A V
3
3
V =
(6)
1
A
1
O injetor de fertilizante mais barato é o Venturi simples; porém é o que produz
maior perda de carga, nunca inferior a 30% da pressão de entrada. Alguns
modelos mais completos podem injetar vazão de até 3.000 L h-1 (Lopez,
1998).
21
e
A V
3
V =
3
(7)
2
A
2
20
Condições Requeridas para o
Funcionamento do Venturi
P1
P2
^
^
Q1
Kaufmann (1963), citado por Feitosa Filho (1998), considerou um sistema
constituído por um injetor e por três reservatórios com funções específicas,
estabelecendo os aspectos hidráulicos do processo de sucção, para explicar
as condições de funcionamento do injetor de fluido tipo Venturi (Figura 5).
P3
Q2
- P2
Q2
^
Patm
Solução
Fig. 1 Esquema do injetor tipo venturi simples
Solução
Captação
Fig. 5 Condições requeridas para haver a sucção pelo injetor tipo Venturi.
O primeiro reservatório (1) fornece as vazões motrizes ao injetor tipo Venturi
(2). O segundo reservatório (3) faz a captação da solução (armazena)
succionada pelo injetor (2). Consideraram-se as seguintes condições de
contorno para estabelecer o processo de sucção pelo injetor tipo Venturi: a) o
primeiro reservatório de abastecimento (1) funciona fechado e possui uma
pressão de serviço maior que a pressão atmosférica. O nível de água é
mantido; b) o segundo reservatório (4) encontra-se sob a ação da pressão
atmosférica; c) o reservatório de captação (3) também funciona aberto e
encontra-se sob a ação da pressão atmosférica, com descarga livre; d) o nível
referencial do sistema passa na parte central da secção contraída do injetor.
Fig. 2 Esquema do injetor tipo Venturi com câmara de mistura
17
18
19
Venturi aumenta a velocidade da água na seção estrangulada, provocando
queda de pressão, ocasionando a sucção da solução, colocada em um reservatório aberto, injetando-o na tubulação da linha principal de irrigação (Figura 4).
O injetor de fertilizante tipo Venturi produz uma sucção pela pressão negativa,
segundo Frizone et al. (1994), pelo princípio da transformação de energia de
pressão da água dentro da tubulação em energia cinética, aumento da velocidade da água, na zona de estrangulamento do venturi, voltando a energia de
pressão ao retornar a tubulação normal
Feitosa Filho et al. (1997) concluíram que se não há variação muito grande
dos parâmetros hidráulicos, que influenciam no funcionamento do injetor tipo
Venturi durante o tempo de aplicação da solução na água de irrigação, ele
proporcionará taxas de injeção constantes.
Plano de carga total
Perda de carga
Linha de carga total
Fig. 3. Esquema do injetor tipo Venturi duplo
Princípio de Funcionamento do Injetor Tipo Venturi
A equação que expressa o teorema de Bernoulli considera como referencial o
movimento de um fluido perfeito, desprezando as perdas de carga (hf)
provocadas pelo atrito, a viscosidade e turbilhonamento do fluido no interior
da tubulação. Para atender às condições reais dos fluidos, acrescentou-se o
termo hf (Denículi, 1985). O teorema de Bernoulli passou a ser definido
teoricamente por:
P
Z +
2
V
1
P
1
+
= Z +
1
2
V
2
2
+
+ hf
2
Y
2g
(1)
(1-2)
Y
2g
O princípio de funcionamento do injetor de fluido tipo Venturi está relacionado
com o teorema de Bernoulli, baseado na transformação de energias: potencial,
de pressão e cinética. De acordo com Feitosa Filho (1990) e Denículi et al.
(1992), esse princípio de funcionamento fundamenta-se no fenômeno da
transformação de formas de energia, onde parte da energia de pressão (da
água na tubulação) é transformada em energia cinética (quando passa pela
secção convergente e secção estrangulada do Venturi) que, normalmente, se
transforma em energia de pressão (quando volta à tubulação principal). O
Fig. 4 Esquema do princípio de funcionamento do injetor tipo Venturi.

Sem título-6 - Embrapa Meio

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